イオンエンジンの仕組み。はやぶさ2の推進力が半端ない。

世界最小クラスのエンジンであるイオンエンジン
日本が誇る宇宙技術として
世界的にも注目されているものです。

 

 

イオンエンジンははやぶさにも搭載されたものであり
今後日本だけではなく、世界的にも
宇宙開発に貢献するであろう画期的なエンジンでもあります。

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イオンエンジンの仕組み

はやぶさ2が昨年打ち上げられて
話題になりしたよね。

 

 

はやぶさの後継機として
改良を重ね
たくさんのアクシデントに見まわれながらも
無事に打ち上げに成功し話題になりました。

 

 

このはやぶさ2には
イオンエンジンといった
小型エンジンが搭載されています。

 

 

日本の科学技術によって作られた
世界最小クラスのイオンエンジン
画期的なものとして
今注目を集めていますよね。

 

 

イオンエンジンだけではなく
日本の技術や研究によって作られたものが
宇宙開発に思わぬ形で役立つというのは
すでに証明されたことでもありますが
こういったところをみると
どこか誇らしい気持ちにもなりますね。

 

 

さて、世界最小クラスという
小型エンジン、イオンエンジンについて
今回は紹介していきます。

 

 

イオンエンジンは
マイクロ波を使って生成したプラズマ状イオンによって
推力を得ることのできるロケットエンジンです。

 

 

特徴としては
少ない燃料で長時間動作させることができる
というコストパフォーマンスに優れており
特に人工衛星や宇宙探査機などに
用いられることが多いようです。

 

 

人工衛星や宇宙探査機というと
もはや宇宙開発の最前線に立ち
未知の世界宇宙を知るためには
欠かせない存在。

 

 

そんな重要なものに搭載されている
イオンエンジンのすごさというのは
手に取るようにわかりますよね。

 

 

さてもう少し詳しい
イオンエンジンの仕組みについて
見て行きましょう。

 

 

まずイオンエンジンの根本的な原理というのは
数学者デカルトによって発見された
物理法則の1つ、運動量保存の法則というもの。

 

 

これは、外部からの力が加わらなければ
その運動量の総和は不変であるというものですね。

 

 

ロケットの発射というと
誰もがイメージをするのは
打上げ時にロケットの下側から炎が噴き出している姿を
イメージするかと思います。

 

 

これはロケットとは逆の進行方向に
力を加えることによって推進力を得るためです。

 

 

この打ち上げに関しては
もちろん酸素も必要になるために
ロケットには予め酸素を積み
燃焼させることによって
打ち上げることができていますが
1つ問題があるとすると
宇宙空間には酸素がないということ。

 

 

酸素がなければ燃料を燃焼させることができず
推進力を作ることもできませんよね。

 

 

しかしここで使われるのがイオンエンジンであり
イオンエンジンは簡単にいうと
燃料を燃焼させるという過程を必要としないため
宇宙空間でも強い推進力を得ることができる
というのが最大の特徴だと言えます。

 

 

イオンエンジンは
ガスであるアルゴン、キセノンといったものを
イオン化させることによって
それを電気の力で後方に噴出させることで
推進力を得るという仕組み

 

 

地上での打ち上げの際には
打ち上げ時に必要な燃料、
それらを燃やすために必要な酸素を用意し
燃焼させて、そのエネルギーを
後方に噴出させ、推進力を得るというものでした。

 

 

こうして考えると
同じ原理でありながらも
その過程は全然違うので
なんだか別のものに見えてしまいますよね。

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はやぶさ2に搭載

このイオンエンジンははやぶさ2にも搭載されています。

 

 

まずこのイオンエンジンを使うことにより
燃費も良くなるということで
推進剤消費を科学推進と比べて見ると
およそ10分の1程度に削減できます。

 

 

宇宙の旅は長期間を有するものなので
燃費が良いというのは
とても重要な事ですよね。

 

 

比較にでた科学推進というのは
ロケット発射時などに用いられる
過程と推進力のこと。

 

 

実際イオンエンジンと比べると
やはり推進力の強さは大きく
約1000倍以上の推進力を持ちます。

 

 

この勢いや推力の強さも
ロケットには欠かせないものであるために
イオンエンジンと科学推進2つを使い分けて
ロケットは宇宙の旅、惑星の探査を行うわけですね。

 

 

はやぶさ2に搭載されているイオンエンジンは
はやぶさに搭載されたイオンエンジンを
改良したものとなっています。

 

 

はやぶさの段階では大きなアクシデントもあり
それを考慮した上で改良をしたイオンエンジンは
電気放出時に不必要な電圧が低減されるような強化を施されたり
宇宙環境に適した試験を繰り返し気温による耐久度も向上

 

 

長期間の厳重な試験を何度も行い
はやぶさ2に搭載されました。

 

 

イオンエンジンの最大の利点というのが
長期間使うことができるというものですが
はやぶさ2に搭載されたイオンエンジンには
約65kgほどの推進剤が含まれています。

 

 

しかしイオンエンジンが推進剤を消費するのは
1時間にたった数グラム程度なので
そう考えるとかなり長い間
このエンジンを使うことができるということになります。

 

 

推進力自体はそこまで速い…というわけではありませんが
宇宙空間は無重力で空気抵抗もないために
スピードの遅さはあまり問題になりません。

 

 

十分な速さを持ちながら、エネルギーを保ち続けられる
というのは本当に画期的なことであり
むしろエンジン自体の老化のほうが早く進むのではないか
と示唆されているほど。

 

 

今後イオンエンジンは
さらに改良を重ねていくと思いますし
これからの宇宙開発において
大活躍が期待できそうですね。

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    5件のコメント

    • 根保孝栄・石塚邦男

      イオンエンジンすごいですね。
      日本の技術ですか?
      スイングバイ航法、うまいこと考えましたね。省エネ航法ですね。

    • 根保孝栄・石塚邦男

      日本が宇宙開発にかかわることは、技術開発の成果による応用技術の発展が期待されると思います。

    • 根保孝栄・石塚邦男

      イオンエンジンの進化に期待したいですね。何せ画期的ですから。

    • 根保孝栄・石塚邦男

      ・イオンエンジンの次には、どんなエンジンが開発されるのだろうか?

    • M

      イオンエンジン「μ10」は「10mN」しかありません
      LE-7は約1,100KN、1,000倍どころか1,100,000,000倍に及びます(桁数間違っていたらごめんなさい、ゼロが多すぎて^^;)

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